連鑄坯感應加熱三維有限元數(shù)值模擬研究.pdf

1、感應加熱技術涉及電磁場與溫度場等多物理場相互耦合問題，已經成為了當今冶金工程、電氣工程和材料科學等領域交叉研究的熱門課題。感應加熱利用電磁感應產生渦流焦耳熱對工件進行補償加熱，與傳統(tǒng)方法相比具有高效率、低污染、安全、精確控制等特點，在工業(yè)生產中得到普遍應用。
　　熱連軋生產中，由于連鑄坯結晶水冷、傳送散熱，出現(xiàn)了軸向溫度“頭低尾高”和縱向橫截面溫度“芯表溫差”現(xiàn)象，傳統(tǒng)的二維有限元數(shù)值模擬方法只能對橫截面芯表溫差進行模擬分析，導致

2、感應加熱過程的模擬精度不高。針對這一問題，本文開展連鑄坯感應加熱三維有限元數(shù)值模擬研究，主要做了以下幾方面工作：
　　(1)連鑄坯感應加熱三維有限元模型建立。根據電磁感應原理，針對渦流場模型，將電磁場產生的渦流焦耳熱作為新的溫度場的內熱源，確定初始條件和邊界條件，得出三維電磁—熱耦合場數(shù)學模型，建立了精確的有限元模型。
　　(2)連鑄坯感應加熱三維有限元模擬驗證。根據連鑄坯感應加熱實際工況，對熱輻射和熱對流、軸向熱傳導、線圈

3、電流與渦流相互影響和物理參數(shù)隨溫度變化等關鍵技術進行處理，利用有限元軟件ANSYS對電磁-熱耦合場進行三維有限元法模擬，根據三維模擬結果，與實際值和二維模擬結果進行對比驗證。
　　(3)連鑄坯感應加熱效果影響因素分析。影響連鑄坯感應加熱因素通常有兩類，一類是感應器設備參數(shù)，如感應器與工件的空隙、線圈匝數(shù)和感應器在整個工藝生產線的安裝位置等；另一類是感應器電參數(shù)，如輸出電流和輸出頻率等。經過三維有限元模擬實驗得到：輸出電流和線圈匝數(shù)